【问题】
同学们对滑动摩擦力的影响因素提出如下猜想:
①滑动摩擦力的大小与接触面所受的压力大小有关;
②滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关。
【证据】
(1)同学们准备了如下器材:长木板、棉布、木块、砝码、弹簧测力计等。设计了表格如下;
实验次数 | 桌面上所垫材料 | 木块上所放砝码质量/g | 弹簧测力计示数/N |
甲 | 木板 | 0 | 2.2 |
乙 | 木板 | 50 | 3.6 |
丙 | 棉布 | 0 | 3.0 |
(2)根据知识,用弹簧测力计沿水平方向拉着木块做匀速直线运动时,木块所受滑动摩擦力的大小等于拉力的大小;
(3)如图所示,同学们分别改变压力大小和接触面的粗糙程度进行了探究,实验数据记录在表格中。
【解释】
(1)比较图中甲乙两次实验可知,当接触面粗糙程度相同时,越大,滑动摩擦力越大;
(2)比较图中甲丙两次实验可知,当压力相同时,接触面越粗糙,滑动摩擦力越大;
(3)通过实验探究分析可知,冰壶运动员用的鞋两只鞋底不同,是利用滑动摩擦力大小与有关。
【交流】
(1)同学们在实验中发现该实验存在一些不足之处。于是他们经过讨论重新设计实验,如图戊所示,固定弹簧测力计,拉动长木板进行实验。这种设计的优点是:;
(2)同学们完成实验后,有人提出滑动摩擦力的大小与接触面积是否有关,于是小明同学对这个实验进行设计,将木块沿竖直方向切掉一半后进行实验,如图丁所示,测得木块所受摩擦力与图甲测得的摩擦力进行比较,可得出滑动摩擦力的大小与接触面积是否有关的结论。请分析评估该设计是否可行:。
(1)压强计使用前需检查气密性,当用手压探头上的橡皮膜时,若U形管左右两侧的水面没有明显的高度差,则证明压强计;
(2)在使用压强计前发现U形管左右两侧的水面有一定的高度差,如图甲所示,其调节的方法是,使U形管两侧液面相平;
(3)调整好器材后,测量的结果如图所示,比较乙图和丙图可以得到液体的压强与有关;
(4)在探究液体的压强与液体的密度关系时,应控制探头不变,改变液体的密度,可得到液体的压强与液体密度的关系;
(5)已知图丁中U形管左右两侧水面的高度差 , 则软管内气体的压强与大气压强之差为Pa( , , g取)。
(1)金属块浸没在水中时,受到的浮力是。
(2)分析丙丁两图可知,浮力大小跟物体浸没在水中的深度(选填“有关”或“无关”)。
(3)分析两图可知,浸在液体中的物体所受浮力大小跟液体密度有关。戊图中盐水的密度是 , 如果在实验中不小心使戊图中的金属块接触了容器底,且与容器底有力的作用,此时测量出的盐水密度值将(选填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
(1)实验前,杠杆静止在图甲所示的位置,为了便于,应使杠杆在水平位置平衡。为此,应将平衡螺母向调节;
(2)实验时,他多次在杠杆两端加挂钩码,并调节钩码位置,使杠杆重新在水平位置平衡,并记录多组数据,这样做的目的是;
(3)实验时三次实验获得的数据如下表所示。分析可得杠杆的平衡条件是;
次数 | 动力 | 动力臂 | 阻力 | 阻力臂 |
1 | 1.0 | 15.0 | 1.5 | 10.0 |
2 | 1.0 | 20.0 | 2.5 | 8.0 |
3 | 2.0 | 15.0 | 3.0 | 10.0 |
(4)小明用弹簧测力计替代钩码,在B点竖直向下拉,然后将弹簧测力计绕B点逆时针旋转一小段至如图丙所示位置。在旋转过程中,要使杠杆仍然在水平位置平衡,则弹簧测力计的示数将逐渐变大,原因是。
(1)丹东舰满载静止时受到的浮力和舰船底受到水的压强;
(2)丹东舰在这段水面匀速直线航行时所受的牵引力大小;
(3)丹东舰在这段水面匀速直线航行时牵引力做的功和功率。
(1)绳子自由端移动的速度;
(2)滑轮组的机械效率;
(3)若物体改为重120N时,绳自由端的拉力。
【任务一】自行车上的摩擦力研究:
(1)自行车轮胎、车把套、脚踏板以及刹车块处均刻有一些花纹,并且使用摩擦大的材料,是为了增大摩擦力;
(2)车轴处经常上一些润滑油,以减小接触面粗糙程度,来减小摩擦力;
(3)所有车轴处均有滚珠,是利用,来减小摩擦;
(4)刹车时,用力捏紧车闸,以增大刹车块与车圈之间的压力,从而增大摩擦力;
(5)紧蹬自行车前进时,后轮受到的摩擦力方向向,是自行车前进的动力,前轮受到的摩擦力方向向后,是自行车前进的阻力;自行车靠惯性前进时,前后轮受到的摩擦力方向均向后,这两个力均是自行车前进的阻力。
【任务二】自行车上简单机械研究
(1)自行车上的杠杆
A.控制前轮转向的杠杆:自行车的车把(如图甲),是省力杠杆,人们用很小的力就能转动自行车前轮,来控制自行车的运动方向和自行车的平衡:
B.控制刹车闸的杠杆:车把上的闸把(如图乙),是个省力杠杆,人们用较小的力就能使车闸以较大的压力压到车轮的钢圈上。若图中阻力大小为450N,阻力臂为3cm,动力臂为7.5cm,则人需用N的力可使车闸压到车轮的钢圈上。
(2)自行车上的轮轴
A.自行车手把与前叉轴(如图丙):组成省力轮轴,手把转动的半径大于前叉轴的半径;
B.中轴上的脚蹬和花盘齿轮(如图丁):组成省力轮轴,脚蹬半径大于花盘齿轮半径;
C.后轴上的齿轮和后轮:组成费力轮轴,齿轮半径小于后轮半径。
(3)自行车上坡走S形路线,相当于增加了斜面的长,可以,使上坡更容易。
【任务三】自行车上压强研究
(1)自行车的车座较宽大,可以增大人与车座的,减小对人的压强,人骑座时感到舒服;
(2)在车轴拧螺母处要加一个垫圈,来增大受力面积,以减小压强;
(3)自行车的脚踏板做得扁而平,来增大受力面积,以减小它对脚的压强;
(4)一般情况下,自行车重力为250N,充足气的自行车前、后轮胎着地总面积大约为 , 当一体重为600N的成年人骑自行车水平匀速前进时,可以计算出自行车对地面的压强为Pa。